Capítulo 02: Fundamentos de la biotecnología: agentes bioquímicos.

2.1 Las células.

La Teoría Celular de los científicos alemanes Theodor Schwann, Matthias Schleiden y Rudolph Virchow, de manera muy sencilla establecen que la célula es la estructura (unidad anatómica) más pequeña capaz de desempeñar las funciones vitales (unidad fisiológica y reproductora), con capacidad para una existencia independiente. Esto significa que todos los organismos vivos están formados por células.

Si vemos bajo el microscopio una célula, observaremos que están rodeadas de una membrana (estructura hidrofóbica compuesta de una doble cadena de fosfolípidos) que contienen dentro de ella, una sustancia coloidal concentrada de sustancias químicas y dotadas de la extraordinaria capacidad para crear copias de sí mismas mediante el crecimiento y la división en dos células (fisión).

Con el descubrimiento del microscopio, logramos determinar que las células no son iguales para todos los seres vivos. Atendiendo al grado de complejidad que presentan en su estructura, las células se pueden clasificar en:

· Célula procariota: Son todas aquellas cuyo material genético no se encuentra protegido por una membrana y el citoplasma no está compartimentado. Es el tipo celular más sencillo.

· Célula eucariota: Son todas aquellas cuyo material genético se encuentra en el interior de una estructura, el núcleo, protegido por una membrana. El citoplasma está compartimentado. Es el tipo celular más complejo.


2.2 Bioquímica de la célula.

Las células también son notablemente diversas en cuanto a sus requerimientos químicos y actividades. Algunas necesitan oxígeno para vivir; para otras, éste es letal. Algunas requieren poco más que aire, luz solar y agua como materiales básicos; otras necesitan una mezcla de moléculas complejas producidas por otras células. Algunas parecen ser fábricas especializadas en la producción de sustancias particulares, como hormonas, almidón, grasa, látex o pigmentos. Mientras que las células del músculo,

queman combustible y realizan trabajo mecánico; otras son generadores de electricidad, como las células musculares modificadas de la anguila eléctrica.

Son las células de los seres vivos, las que realizan los diversos procesos químicos que mantienen “vivo” a un organismo, a partir de estas sustancias esenciales. (Audesirk, Audesirk, & E. Byers, 2015)

Las células vivas son, entonces, un sistema bioquímico complejo; pues las células toman sustancias del medio, las transforman en otras sustancias, liberando su energía química y eliminan productos de desecho.

Sin embargo, a pesar de que las células presentan infinitas variaciones bioquímicas, estas se parecen de un modo asombroso en los detalles de sus propiedades químicas y, además, comparten la misma maquinaria para la mayoría de las funciones básicas.

Todas las células están compuestas por las mismas clases de moléculas que participan en los mismos tipos de reacciones químicas. En todos los organismos vivos, las instrucciones genéticas (genes) están almacenadas en moléculas de ADN, escritas en el mismo código químico, construidas con los mismos componentes básicos químicos, interpretadas esencialmente por la misma maquinaria química y duplicadas de la misma forma para permitir la reproducción del organismo. De esta forma, en cada célula, las extensas cadenas de polímeros de ADN están formadas con el mismo conjunto de cuatro monómeros, denominados nucleótidos, unidos en distintas secuencias como las letras de un alfabeto para transmitir información diferente.

En cada célula, las instrucciones contenidas en el ADN son leídas, o transcriptas, en un conjunto de polímeros químicamente relacionados denominado ARN. Las moléculas de ARN cumplen diversas funciones, pero la clase principal actúa como ARN mensajero: a su vez, los mensajes transportados por estas moléculas son traducidos a otro tipo de polímero denominado proteína.

Las moléculas proteicas dominan el comportamiento de la célula y actúan como soporte estructural, catalizadores químicos, motores moleculares, etcétera. Las proteínas están compuestas por aminoácidos, y todos los organismos vivos utilizan el mismo conjunto de 20 aminoácidos para fabricar proteínas. Pero los aminoácidos están unidos en secuencias diferentes, que confieren a cada tipo de molécula proteica una forma tridimensional diferente, o conformación, así como distintas secuencias de letras forman distintas palabras. De esta manera, la misma maquinaria bioquímica básica ha servido para generar toda la gama de organismos vivos.

Otro proceso bioquímico similar en las células de los seres vivos, es el de obtención de energía. Todos utilizan unas sustancias orgánicas llamadas carbohidratos (azúcares), para producir ATP. Esta última sustancia provee a la célula de la energía química para realizar todas sus funciones.

La mayoría de los seres vivos utiliza la energía química para desarrollar trabajo. Toda esta energía está contenida en los enlaces químicos. Según la química moderna, todas las moléculas poseen cierta cantidad de energía, que esta almacenada en los enlaces químicos entre los distintos átomos que forman una molécula. Cuando estos enlaces se rompen o se transforman, se libera cierta cantidad de energía; este es el tipo de energía que se conoce como energía química.

En nuestra comida ingerimos carbohidratos, lípidos y proteínas. Nuestros sistemas enzimáticos son capaces de romper estas moléculas, p ara dar componentes más simples, como CO2 y agua en el caso de los carbohidratos y lípidos, CO2, agua y aminoácidos en el caso de las proteínas. Cuando esto sucede, la energía que se encuentra en las uniones químicas que mantienen la estructura de la molécula se libera; la célula puede aprovecharla para realizar trabajo. Sin embargo, la célula no utiliza directamente este tipo de energía; es necesario que ésta se transforme inicialmente en otro tipo utilizable por los sistemas enzimáticos que la requieren en nuestras células. (Peña Díaz & Arroyo Begovich, 2001)

Sin embargo, lo que, si es diferente, es como las células obtienen la materia prima para formar el ATP. Hasta el momento existen los siguientes procesos:

· La quimiosíntesis: este proceso utiliza como agente detonador algunos compuestos inorgánicos como ácido sulfhídrico (H2S), amoníaco (NH3), entre otros. Para algunos biólogos, “…la quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se libera en reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos...” (Starr & Taggart, 2007)

· La fotosíntesis: es el proceso por el cual la energía solar se convierte en energía química. Algunos biólogos la definen, “…como un proceso que a partir de moléculas sencillas de dióxido carbono (CO2) y agua, la fotosíntesis convierte la energía de la luz solar en energía química que se almacena en los enlaces químicos de la glucosa (C6H12O6) y libera oxígeno (O2)…” (Audesirk, Audesirk, & Byers, 2008)

· La respiración celular: es un proceso binario, pues puede ser aeróbico o anaeróbico, donde la obtención de azúcares o compuestos orgánicos, para formar ATP, se obtiene de otro ser vivo.


2.3 Ácidos nucleicos y los genes.

Para los intereses del curso, vamos a dedicarnos a estudiar la química del gen y todo el proceso de transmisión de los mismo a la siguiente generación, pues es aquí donde la Biotecnología puede interferir en busca de nuevos objetivos.


2.3.1 Los ácidos nucleicos.

Los Ácidos Nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética, las cuales están formadas por C, H, O, N y P. Además, estas macromoléculas, de elevado peso molecular, están formadas por subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos. Desde el punto de vista químico, estos nucleótidos están unidos por enlaces éster de fosfato, sin periodicidad aparente.

Figura 1: Estructura química de un ácido nucleico


Como se observa en la figura 1, los ácidos nucleicos están formados por tres estructuras o monómeros (nucleótidos) llamados:


a. Ácido fosfórico (o grupo fosfato).

En la cadena de ácido nucleico, tiene la función de unir dos pentosas a través del enlace éster de fosfato (también llamado fosfodiéster). Esta unión se hace entre el C-3 de una pentosa, con el C-5 de la siguiente, como se muestra en la figura 1.


b. Un azúcar de tipo pentosa (cinco átomos de carbono).

Puede ser D-ribosa en el ARN, o D-2- desoxirribosa, en el ADN. La diferencia entre ambas, radica en la presencia de un grupo hidroxilo o alcohol (-OH) en la ribosa o un hidrógeno (-H) en la desoxirribosa, unidos al C-2.

Figura 2: estructura química de las pentosas


c. Una base nitrogenada.

Son compuestos orgánicos cíclicos, que incluyen dos o más átomos de nitrógeno y son la parte fundamental de los ácidos nucleicos. Biológicamente existen cuatro bases nitrogenadas relevantes (pero en realidad hay muchas más, como la flavina y la riboflavina), que se clasifican en dos grupos:

· Bases púricas o purinas: Están basadas en el Anillo Purínico. Puede observarse en la figura 3, que se trata de un sistema plano de nueve átomos, cinco carbonos y cuatro nitrógenos. Las purinas que comúnmente encontramos en el ADN y ARN son Adenina y Guanina.


Figura 3: estructura química de las purinas


· Bases pirimídicas o pirimidinas: Están basadas en el Anillo Pirimidínico, como se muestra en la figura 4. Es un sistema plano de seis átomos, cuatro carbonos y dos nitrógenos. Las pirimidinas que encontramos en el ADN son Citosina y Timina. En el ARN encontramos Citosina y Uracilo.


Figura 4: estructura química de las pirimidinas


2.3.2 Tipos de ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos son moléculas portadoras de información, por lo que solo existen dos tipos:


a. ADN.

El papel principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de la información. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

La estructura del ADN es una doble hélice formada por unidades alternas de grupos fosfato, azúcar y cuatro bases nitrogenadas. Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (abreviado A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato).

Figura 5: Estructura química del ADN


Propiedades del ADN.

· Estabilidad. La molécula de ADN es muy estable, bajo condiciones normales. Esto garantiza la transmisión de la herencia.

· Desnaturalización. Consiste en la separación de las dos cadenas debido a la rotura de los puentes de hidrogeno por acción del calor, variaciones de pH o por cambios en las condiciones iónicas del medio. Cada especie de ADN tiene una temperatura de desnaturalización característico, mayor cuanto mayor es el contenido de pares de bases G-C. Esto se debe a que se necesita más energía para romper los tres puentes de hidrogeno que unen los pares G-C que los dos puentes que unen los pares A-T. Los enlaces covalentes fosfato-pentosa-base no se rompen.

· Renaturalización. La desnaturalización del ADN es un proceso reversible, cuando se recuperan las condiciones iniciales, las cadenas se reasocian, formando nuevamente dobles hélices. Si se restablecen las condiciones iniciales, la molécula recupera su estructura, este proceso se denomina renaturalización.

· Hibridación. Si se desnaturaliza una mezcla de ADN de distintas especies, en la renaturalización aparecerán formas híbridas. Esto se llama hibridación del ADN. La hibridación del ADN es el proceso más común para detectar un gen particular o un segmento de un ácido nucleico.


Duplicación del ADN.

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera.

La replicación del ADN es un proceso muy complejo, en el que participan muchas enzimas y proteínas distintas, cada una con una función específica. El conjunto de enzimas y proteínas actuando coordinadamente sobre una molécula de ADN para poder duplicarla.

En las células eucariotas la replicación se inicia simultáneamente en millares de orígenes y termina cuando confluyen los millares de burbujas de replicación.

Las helicasas son las enzimas encargadas de abrir la doble hélice, rompiendo los puentes de hidrógeno. Para ello utilizan la energía del ATP. Su actuación crea una horquilla de replicación. Como consecuencia, se genera un superenrollamiento por delante de la horquilla y, por tanto, una tensión que será aliviada por las topoisomerasas (enzima). Las proteínas SSB (o proteínas de unión a cadena sencilla de ADN) son proteínas encargadas de la estabilización del ADN monocatenario generado por la acción de las helicasas, impidiendo así que el ADN se renaturalice o forme estructuras secundarias.

Sin embargo, a medida que la enzima helicasa abre la doble hélice, las enzimas topoisomerasas van disminuyendo la tensión torsional acumulada por el superenrollamiento en el sector no replicado de la doble hélice. Lo hacen cortando una o las dos hebras por delante de la horquilla de replicación, dejando que giren y volviendo a unir.

Las enzimas que desempeñan el papel principal en la síntesis de las nuevas cadenas de ADN son las ADN-polimerasas. Hay 3 tipos de ADN polimerasas:

· La ADN polimerasa III sintetiza las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.

· La ADN polimerasa I se encarga de la síntesis primers (cebador o indicador) de ARN y de su posterior remoción. Las ADN polimerasas I y III, se encargan de la corrección de errores durante la replicación.

· Por su parte la ADN polimerasa II, corrige daños causados por agentes físicos.

Figura 6: Duplicación del ADN


La ADN polimerasa III sintetiza las nuevas cadenas de ADN en dirección 5´-3´. Al ser las cadenas del ADN antiparalelas, una de ellas servirá de molde para la síntesis de una nueva cadena que crecerá en sentido 5´-3´, de forma continua a medida que avanza la horquilla, pero la otra debería ser sintetizada en sentido 3´-5´, lo cual no es posible. Aquí, la ADN-polimerasa debe realizar la copia en dirección contraria al avance de la horquilla de replicación, por lo que se sintetiza de forma discontinua, en forma de fragmentos cortos, a partir de sucesivos cebadores colocados por la Primasa. Estos fragmentos se denominan, en honor al investigador japonés que los descubrió, fragmentos de Okazaki. De esta manera, la replicación se lleva a cabo de forma continua en una de las hebras, denominada hebra líder,

conductora o adelantada, y de forma discontinua en la otra, denominada hebra retardada o retrasada.

La ADN-polimerasa I cuenta con actividad exonuclesa 5´-3´, se encarga de ir eliminando los cebadores de ARN y sintetizando al mismo tiempo pequeños fragmentos de ADN para rellenar los huecos.

Finalmente es una enzima ligasa la que cataliza la formación de los enlaces entre los fragmentos resultantes. Si durante la replicación la ADN-polimerasa III inserta un nucleótido erróneo, puede reconocer su incapacidad para enlazarse al nucleótido complementario de la hebra molde. Entonces “retrocede” y elimina por hidrólisis el nucleótido erróneo, gracias a su actividad exonucleasa 3´-5´. A continuación, introduce el nucleótido correcto. La adición de cada nucleótido es comprobada a medida que la horquilla se desplaza a lo largo de la cadena molde, lo que garantiza la fidelidad de la replicación, que transcurre con un error no superior a 1 por cada 109 o 1010 nucleótidos.


b. ARN.

El ácido ribonucleico (ARN) es un ácido nucleico, polímero lineal de nucleótidos formando una larga cadena. El eje de la cadena lo forman grupos fosfato y azúcares ribosa de forma alternativa del que toma su nombre.

La función principal del ARN es servir como intermediario de la información que lleva el ADN en forma de genes y la proteína final codificada por esos genes. El ARN es transcrito desde el ADN por enzimas llamadas ARN polimerasas y procesado en el transcurso por muchas más proteínas.

Figura 7: Estructura química del ARN


2.3.3 Los genes.

A partir de los experimentos de Gregor Mendel fue posible postular la existencia de factores heredables, responsables de transmitir las características de una especie de generación en generación. Estos factores heredables fueron posteriormente identificados como genes, secuencias específicas de nucleótidos de ADN ubicadas en los cromosomas de las células.

En las células de los organismos vivos, los genes son las unidades que contienen la información para la

fabricación (síntesis) de proteínas, compuestos responsables de la forma y función de todas las células. La vida en sus diversas formas proviene en gran parte de la compleja expresión coordinada de miles de genes y de sus productos (proteínas).

Al conjunto de genes de una especie se le conoce como genoma. Todos los individuos de una misma especie tienen distribuido su genoma en un número característico de cromosomas. Por ejemplo, las células somáticas de los humanos tienen 46 cromosomas. Sin embargo, no somos la única especie en tener esa cantidad de cromosomas; algunas especies de animales y vegetales también tienen 46 cromosomas. Por otro lado, el tamaño del genoma no presenta una relación directa con la complejidad

del organismo.

Las células humanas, por ejemplo, tienen un genoma unas 700 veces más grande que el de la bacteria E. coli, pero las células de algunos anfibios y plantas poseen un genoma 30 veces mayor que el de las humanas. Todo esto indica que no es el tamaño del genoma o el número de cromosomas lo que hace única a cada especie, sino la información especificada en los genes de esos cromosomas. Es el orden particular de las bases purinas o pirimidinas, es decir, la secuencia de ADN, la que especifica la exacta instrucción para generar un organismo particular.


2.3.4 Síntesis de proteínas.

El dogma central de la biología molecular, establece que la información fluye en el sentido: ADN-ARN- proteína. Sin embargo, para que ocurra este flujo de la información deben ocurrir dos etapas:


a. El proceso de transcripción.

Todas las moléculas de ARN son sintetizadas por el proceso de transcripción a partir de una secuencia de ADN, en reacciones catalizadas por ARN polimerasas. Estas enzimas operan moviéndose en dirección 3'-5' a lo largo de la cadena molde de ADN, sintetizando una nueva cadena de ribonucleótidos en la dirección 5'-3'. Esa cadena de ARN recién sintetizada se llama transcripto primario o pre-ARNm.

Como resultado, la secuencia de nucleótidos del transcripto primario es antiparalela y complementaria de la secuencia de ADN de la que es transcripta. Es importante destacar que una molécula de ARN se copia sólo de una de las dos cadenas de ADN.

Entonces, si sólo una hebra de ADN se transcribe, ¿cómo selecciona la ARN polimerasa la hebra correcta de ADN? La enzima reconoce en cada gen una secuencia determinada de nucleótidos, el promotor, y se une a ella. Esta unión establece el sitio donde comienza la transcripción y el sentido de avance de la ARN polimerasa.

Dado que esta enzima sólo puede fabricar ARN en sentido 5'-3', una vez fijado el sentido de avance, sólo puede transcribirse la hebra de ADN que corre en sentido 3'-5'. La otra hebra, que posee la secuencia complementaria y corre en sentido 5'-3', no es reconocida por la enzima y, por lo tanto, no es transcripta a ARN. La ARN polimerasa reconoce y se une al promotor y esto hace que la doble hélice de ADN se abra y comience la transcripción. Luego, la enzima va añadiendo ribonucleótidos, moviéndose a lo largo de la cadena molde, desenrollando la hélice y exponiendo nuevas regiones con las que se aparearán los ribonucleótidos complementarios.

La cadena de ARN en crecimiento permanece brevemente unida por puentes de hidrógeno al ADN molde (sólo 10 o 12 ribonucleótidos están unidos al ADN en cualquier instante dado) y luego se desprende como una cadena simple.

Sin embargo, esta cadena llamada pre-ARNm, es que esta posee genes con espacios vacíos (secuencia intrón). Estos intrones deben ser eliminados en el núcleo antes de pasar al citoplasma y formar de esta manera un ARNm más maduro. Este mecanismo se conoce como "procesamiento por corte y empalme" o splicing.

Figura 8: Proceso de transcripción


b. Traducción del mensaje.

Finalizadas la transcripción, las modificaciones de los extremos 5' y 3' y el splicing, el ARNm es exportado al citoplasma donde se traduce el mensaje. Durante la traducción, el orden de nucleótidos del ARNm especifica el orden de aminoácidos en un polipéptido.

La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas, que consisten en dos subunidades, una grande y otra pequeña, cada una formada por ARNr y proteínas. La subunidad grande contiene una depresión en una de sus superficies, en la que se ajusta la subunidad pequeña.

El ARNm se inserta en un surco formado entre las superficies de contacto de las dos subunidades del ribosoma. Para la traducción también se requieren los ARNt, que están plegados en una estructura tridimensional que se asemeja a la letra "L". Tienen un triplete de bases, el anticodón, en el plegamiento central de la estructura secundaria. Cada anticodón posee su codón complementario y único ubicado en el ARNm. El apareamiento de bases complementarias codón-anticodón permite trasladar la información especificada en el ARNm a un aminoácido específico. La traducción se realiza en varias etapas:

· Iniciación: ocurre cuando la subunidad ribosómica más pequeña se une al extremo 5' de una molécula de ARNm y se mueve en sentido 5'g3' hasta encontrar el codón de iniciación AUG. La primera molécula de aminoacil-ARNt, que lleva el aminoácido metionina (Met), se acopla con el codón de iniciación. El complejo de iniciación se completa cuando la subunidad ribosómica grande se une a estas estructuras.

Figura 9: Iniciación del proceso de traducción


· Elongación: comienza cuando un segundo aminoacil-ARNt se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con el ARNm. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos. Al mismo tiempo que ocurre la unión de dos aminoácidos se rompe el enlace entre el primer aminoácido y su ARNt. El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de ARNm en una dirección 5'-3', y el segundo ARNt, con el dipéptido unido (peptidil-ARNt), se mueve desde el sitio A al sitio P. El primer ARNt se mueve hacia el sitio E y se desprende del ribosoma, dejando el aminoácido que transportaba en el péptido en formación.

Figura 10: Elongación del proceso de traducción


· Terminación: ocurre cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación, el polipéptido se escinde del último ARNt y el ARNt se desprende del sitio E. El sitio A es ocupado por un factor de liberación que produce la disociación de las dos subunidades del ribosoma.

Figura 11: Terminación del proceso de traducción



2.4 Enzimas y anticuerpos.


2.4.1 Enzimas.

Las enzimas son biomoléculas de naturaleza proteica que aceleran la velocidad de reacción hasta alcanzar un equilibrio. Constituyen el tipo de proteínas más numeroso y especializado y, actúan como catalizadores de reacciones químicas específicas en los seres vivos o sistemas biológicos. Muchas de las enzimas no trabajan solas, se organizan en secuencias, también llamadas rutas metabólicas, y muchas de ellas tienen la capacidad de regular su actividad enzimática.


a. La catálisis enzimática.

Las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos dependen de la actividad catalítica de las enzimas. Estas actúan disminuyendo la energía de activación necesaria de una reacción química, siendo capaces de promoverla y acelerarla, sin ser alteradas o destruidas durante la misma.

Según la teoría clásica de la llave-cerradura, la molécula de enzima reconoce un sustrato específico, formando con él un complejo molecular o estado de transición. El encaje en el sitio activo de la molécula facilita la transformación del sustrato en el (los) producto(s) de la reacción. La enzima se recupera al final de la reacción, y puede actuar muchas veces más. El proceso puede ser representado como sigue:

Figura 12: Modelo llave-cerradura de la actividad enzimática


b. Propiedades de las enzimas.

Las enzimas son catalizadores con varias propiedades notables. En primer lugar, las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas a menudo son extraordinariamente elevadas. En segundo lugar, en marcado contraste con los catalizadores inorgánicos, las enzimas son muy específicas para las reacciones que catalizan, y rara vez forman productos secundarios.

Una enzima como la lactasa, que actúa sobre la lactosa, no actuará sobre la sacarosa. Dos enzimas, como por ejemplo la α-amilasa y la β-amilasa, pueden hidrolizar el almidón de manera diferente, porque rompen enlaces distintos.

Una tercera propiedad de las enzimas, es que, como son moléculas biológicas, estas son biodegradables y trabajan en condiciones moderadas de temperatura y pH. La acción enzimática depende del pH, de la temperatura, de la presencia de cofactores inorgánicos (zinc, hierro, cobre) y orgánicos (coenzimas, muchas de las cuales son vitaminas). Los metales pesados alteran la estructura molecular de la enzima de manera irreversible, impidiendo su acción catalítica (desnaturalización).

Por último, debido a sus estructuras relativamente grandes y complejas, las enzimas pueden regularse. Esto es muy importante en los seres vivos, que deben conservar energía y materias primas.


c. Los diversos tipos de enzimas.

Una forma de clasificar a las enzimas es por el tipo de reacción que catalizan, agregando el sufijo “asa” al nombre del sustrato: proteasa, lactasa, amilasa, lipasa, celulasa (Tabla 2). También se puede agregar “asa” al nombre de la reacción catalizada: hidrolasa, oxidorreductasa. A veces se combinan las dos reglas anteriores, mencionando el nombre del sustrato, el de la reacción y agregando “asa”, como, por ejemplo, en la ADN-polimerasa. Sin embargo, algunas enzimas, como la renina o la trombina, conservan sus nombres tradicionales.


d. Importancia biotecnológica de una enzima.

La mayoría de los procesos biotecnológicos tradicionales como la obtención de yogur, la producción de cerveza o la fermentación de la uva para fabricar vino, son realizados por las enzimas que cada microorganismo produce para su particular metabolismo. Sin embargo, también es posible realizar los procesos biotecnológicos con las enzimas, en ausencia de los microorganismos.

Para un biotecnólogo, las enzimas presentan numerosas ventajas: son específicas y operan en condiciones fácilmente controlables. Como además son biodegradables, puede afirmarse que los tratamientos enzimáticos disminuyen la carga contaminante de los efluentes industriales.

La aplicación biotecnológica de esta macromolécula se distribuye fundamentalmente entre las proteasas, las carbohidrasas y las lipasas, tres grandes conjuntos de enzimas que se emplean en diversas industrias. En los jabones para la ropa, las enzimas ofrecen al consumidor ropa limpia que parece nueva. Un ejército formado por proteasas, amilasas y lipasas digiere las manchas difíciles (sangre, leche, salsa de tomate, chocolate, pasto, lápiz de labios, etc.), mientras que las celulasas remueven de las prendas las microfibrillas de celulosa. La limpieza se realiza con poco esfuerzo y sin desgastar la tela, porque no es necesario restregar las manchas. Tampoco hay que calentar el agua, porque las enzimas trabajan a temperatura ambiente.

Las enzimas se emplean también en la terminación de las telas. Para conseguir el aspecto gastado, los jeans eran lavados con piedras pómez (stone washed), un proceso que tenía el inconveniente de dañar las telas y causar la abrasión de la maquinaria. En los últimos años, las piedras fueron reemplazadas por celulasas, con resultados satisfactorios.

En la industria de alimentos y bebidas, las enzimas participan en la producción de edulcorantes, de pan, bizcochos y galletas, y de quesos. En la extracción de jugos de fruta, las pectinasas aumentan sustancialmente el rendimiento del proceso, al liberar el jugo retenido en la pectina de las paredes celulares vegetales. También facilitan la clarificación de vinos y cervezas.


2.5 Los anticuerpos.

En la estrategia de defensa de un organismo, los anticuerpos son elementos importantes para reconocer “lo propio” y eliminar “lo no propio” (antígeno). Una parte de la respuesta inmune comprende la producción de anticuerpos que reconocen antígenos extraños, desencadenando los mecanismos de destrucción adecuados.

Los anticuerpos ocupan un lugar importante en las pruebas de diagnóstico clínico, porque reúnen especificidad y diversidad, dos propiedades que los transforman en una herramienta ideal. Cuando un animal (ratón, oveja, conejo) es inoculado con un antígeno, se produce al poco tiempo una respuesta inmune que incluye la producción de anticuerpos contra ese antígeno, y es posible aislarlos del suero sanguíneo del animal. Si el antígeno utilizado posee varios epítopos, en el suero extraído habrá una mezcla de anticuerpos, llamados “policlonales”, que resultan de la activación de varios clones de linfocitos B, cada uno de los cuales reconoce a uno de los epítopos del antígeno.

La obtención de clones que sintetizan anticuerpos específicos contra un único epítopo (“monoclonales”) solo fue posible con el desarrollo de la tecnología de hibridomas. Una hibridoma es el resultado de la fusión entre un linfocito B y una célula cancerosa (inmortal) de mieloma. Al reunir las propiedades de ambas células, cada hibridoma es capaz de sintetizar un único tipo de anticuerpo (monoclonal) y de multiplicarse indefinidamente en el laboratorio, sea en cultivo de tejidos o en la cavidad peritoneal de un animal hospedador.

Video de la Clase 02



Laboratorio 01: Microorganismos.

1. Criterio de evaluación.

Aprende a utilizar correctamente algunas herramientas biotecnológicas en el laboratorio.


2. Materiales.

Microscopio óptico

Portaobjetos

Cubreobjetos

Muestras fijas

Pipeta


3. Procedimiento.

Parte a: Observación bajo el microscopio.

· Coloque la muestra 81 bajo el microscopio. Luego utilizando la técnica correcta observe la muestra en el lente 40x.

· Repita el procedimiento con una muestra viva. Anote y dibuje lo que observa.


Imágenes y vídeos del laboratorio 01


Muestra fija





Muestra viva

Entradas destacadas

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